電站負荷效益分析及電力干式變壓器容量和臺數

根據供電區變電站負荷供給和輸出的情況，對干式變壓器的類(lèi)型、數量和容量的選擇及其經(jīng)濟運行的門(mén)檻和要求進(jìn)行了對比分析。結合實(shí)際現場(chǎng)運行實(shí)例，介紹了電力干式變壓器經(jīng)濟運行與容量、數量選擇之間的安全經(jīng)濟效益關(guān)系，并提出了相關(guān)注意事項。關(guān)鍵詞：變電站；負載；干式變壓器；容量選擇；經(jīng)濟運行概論1為了滿(mǎn)足社會(huì )用電和供電安全可靠的要求，在變電站新建、擴建和干式變壓器增容的具體工作中，先要考慮的是根據變電站的供電負荷選擇干式變壓器的容量和數量；過(guò)大的容量選擇增加了干式變壓器本身及相關(guān)設備的購買(mǎi)、安裝、運行和維護的投資，造成資金浪費；容量選擇過(guò)小，不能滿(mǎn)足供電需求，使干式變壓器超負荷運行，造成設備損壞，影響變電站外部供電的安全可靠；但數量少，不能滿(mǎn)足接線(xiàn)方式和供電可靠性要求，影響維修，缺乏必要的備用；配套設施過(guò)多增加投資，變電站布局困難，維護工作量增加，干式變壓器容量和數量選擇得當，既節省了一次性建設投資，又有利于干式變壓器的安全經(jīng)濟運行，降低運行維護成本。結合干式變壓器維護和運行的相關(guān)法規，結合作者在現場(chǎng)工作中的實(shí)踐經(jīng)驗，提出了干式變壓器容量和臺數選擇應遵循的原則及其經(jīng)濟運行的門(mén)檻和要求，比較了不同方案的經(jīng)濟技術(shù)和安全性，分析了干式變壓器容量和臺數選擇應考慮的因素，并對供電負荷和干式變壓器容量和臺數的確定進(jìn)行了全面的安全效益分析。2電力干式變壓器容量和臺數的選擇原則變電站干式變壓器的容量和臺數是影響電網(wǎng)結構、供電安全、可靠性和經(jīng)濟性的重要因素。(2)干式變壓器容量和數量的選擇往往取決于地區負荷的現狀和增長(cháng)率、一次性建設投資以及周?chē)霞夒娋W(wǎng)或電廠(chǎng)提供負荷的能力。這取決于與之相連的配電設備的技術(shù)和性能指標、負載本身的性質(zhì)和供電可靠性的要求、干式變壓器的單位容量成本、系統的短路容量、運輸和安裝的門(mén)檻等。近年來(lái)，隨著(zhù)干式變壓器制造技術(shù)的不斷提高，干式變壓器本身的質(zhì)量和安全運行水平有了很大的提高；干式變壓器空載損耗大幅下降，經(jīng)濟運行時(shí)干式變壓器的負荷率持續下降家節能減排政策鼓勵企業(yè)進(jìn)行經(jīng)濟運行；我對新建、擴建和干式變壓器擴容的數量和容量選擇沒(méi)有明確具體的規定，也是一個(gè)隨著(zhù)技術(shù)水平的提高而不斷完善的系統工程，一般按照常規經(jīng)驗和規劃師的觀(guān)點(diǎn)進(jìn)行；結合相關(guān)法規和制度，筆者認為一般應考慮以下因素：(1)干式變壓器的額定容量應滿(mǎn)足供電區域電力負荷的需要，即滿(mǎn)足所有電氣設備總計算負荷的需要，避免干式變壓器長(cháng)期過(guò)載運行。新建變電站干式變壓器的容量應滿(mǎn)足5~10年計劃負荷的需要，防止不必要的擴建和增容，減少因擴建和增容造成的大面積、長(cháng)期停電；對于具有高可靠性供電要求的變電站，較好一次安裝兩臺干式變壓器，并且 (3)雖然大容量干式變壓器單位容量成本低，但在高負荷密度供電區建設大容量變電站可以節省投資，容量越大效果越明顯；但為了保證供電的靈活運行方式，需要考慮多個(gè)干式變壓器。單臺干式變壓器容量不宜過(guò)大或過(guò)小，應預留因負荷發(fā)展而擴容的可能性，實(shí)現變電站容量從小到大，干式變壓器數量從小到大；城市變電站三臺干式變壓器的運行方式較為靈活可靠。(4)為了保證變電站靈活可靠的運行方式，減少和方便備用容量?jì)?，便于與相連配電裝置的配合，便于檢修和維護，實(shí)現變電站的整體標準化和統一，干式變壓器容量的類(lèi)型應盡可能減少，一般不超過(guò)兩種。在此，建議城市供電變電站統一干式變壓器的容量等級。(5)在一定的容量范圍內，損耗會(huì )隨著(zhù)容量的增加而減少，但節省下來(lái)的電費可能難以補償投資成本的增加，而且需要開(kāi)關(guān)等配套設備的開(kāi)合能力，因此干式變壓器容量的選擇應考慮干式變壓器及其配套設備的一次性投資。(3)落實(shí)家降損節能政策，必要時(shí)計算經(jīng)濟運行方式。(6)由于供電企業(yè)要求城市供電滿(mǎn)足N-1的可靠性準則，干式變壓器容量的選擇既要滿(mǎn)足上述閾值，又要考慮事故和檢修條件下供電造成的經(jīng)濟損失和社會(huì )影響，至少要滿(mǎn)足干式變壓器停電后，部分負荷可以轉移到周邊變電站，而不影響所有用戶(hù)正常用電需求的要求。(7)在供電企業(yè)的變電站密集區，由于變電站之間有接觸供電線(xiàn)路，可以相互辦理供電，干式變壓器的容量選擇可以適當減少。在正常閾值下，它們可以在不同的區域供電。當不能滿(mǎn)足供電輸出時(shí)，可以依靠周?chē)冸娬就ㄟ^(guò)聯(lián)絡(luò )線(xiàn)承擔部分負荷。但較終還是要考慮增加變電站的配電點(diǎn)或者增加干式變壓器的數量，逐步滿(mǎn)足負荷供電的要求。(8)對于低壓側有發(fā)電機組并網(wǎng)的變電站，干式變壓器的容量也可適當減小，但容量選擇應考慮如下：當區域負荷較小時(shí)，發(fā)電機組的額定容量可通過(guò)干式變壓器正常輸出到電力系統，干式變壓器的容量必須大于發(fā)電機組的發(fā)電容量；干式變壓器和發(fā)電機組的額定容量之和大于該區域的較大負荷；(3)發(fā)電機組停運時(shí)，干式變壓器應能保證所有負荷70%~80%的供電不受影響，并保證一、二次負荷正常用電；(4)應與上層電網(wǎng)的設備參數適當匹配，以滿(mǎn)足系統短路容量的要求。3電力干式變壓器的門(mén)檻和經(jīng)濟運行要求 電力干式變壓器經(jīng)濟運行是在確保干式變壓器安全運行和滿(mǎn)足對用戶(hù)供電質(zhì)量和可靠性的基礎上，充分利用變電站的設備條件，擇優(yōu)選取干式變壓器的運行方式，降低干式變壓器本身的能量損耗，提高其電源側的功率因數，實(shí)現降損節能的目標。供電負荷與干式變壓器容量和臺數的確定，關(guān)系到干式變壓器經(jīng)濟運行的方式；實(shí)施干式變壓器經(jīng)濟運行與變電站內干式變壓器的臺數、容量和干式變壓器自身性能和損耗參數密切相關(guān)，是建立在確保安全可靠供電前提下的一項綜合經(jīng)濟技術(shù)活動(dòng)，貫穿電力干式變壓器從設計選型、運行檢修到退役的整個(gè)過(guò)程；在變電站建設、擴建和干式變壓器增容時(shí)就要考慮其相關(guān)的因素和條件；實(shí)施干式變壓器經(jīng)濟運行，就干式變壓器和變電站設備本身一般應具備和滿(mǎn)足以下條件，在干式變壓器設計和選型時(shí)應充分給予考慮。 （1）新建變電站分期建設，考慮負荷的增長(cháng)，先期只有一臺干式變壓器時(shí)，要結合較終規模確定干式變壓器的容量，干式變壓器的負載率應貼近較佳經(jīng)濟運行區域，一般在75%以下為較佳，若短期內不進(jìn)行擴建，干式變壓器不宜滿(mǎn)負荷運行。 （2）并列運行的多臺干式變壓器應滿(mǎn)足并聯(lián)條件，即聯(lián)結組別與相位關(guān)系相同；電壓和變壓比相同，允許偏差相同，調壓范圍內的每級電壓相同；防止二次繞組之間因存在電動(dòng)勢差，產(chǎn)生循環(huán)電流，影響容量輸出和燒壞干式變壓器。短路阻抗相同，控制在10%的允許偏差范圍內(1)；容量比在0.5~2之間；保證負荷分配均勻，防止短路阻抗和容量小的干式變壓器過(guò)載，而容量大和短路阻抗大的干式變壓器欠載，短路阻抗的大小必須滿(mǎn)足系統短路電流的要求，否則應采取限制措施。 （3）選用電力干式變壓器的技術(shù)參數，應以干式變壓器整體的可靠性為基礎，綜合考慮技術(shù)參數的先進(jìn)性和合理性，兼顧對系統安全的影響，充分考慮干式變壓器自身固有的綜合損耗，在負載損耗基本相同時(shí)，盡量選用空載損耗小的干式變壓器，負載損耗滿(mǎn)足標《三相油浸式電力干式變壓器技術(shù)參數和要求》(4)。 （4）電力干式變壓器在負載區域運行時(shí)，其繞組、線(xiàn)夾、引線(xiàn)、絕緣油及絕緣部件的溫度不宜過(guò)高，在干式變壓器負載導則規定的溫度限值內，避免高溫度下運行，絕緣老化加快而縮短干式變壓器的壽命和引發(fā)損壞事故(3)。也要防止干式變壓器高溫度運行，引起干式變壓器自身?yè)p耗過(guò)大，影響輸出效率，造成不必要的電能浪費。 （5）在裝有備用干式變壓器的變電站，要選擇綜合功率損耗（應該把干式變壓器的冷卻功率計算在內）小的干式變壓器投入運行，要按負載的變化規律，合理選擇較佳組合方式，要通過(guò)調整負載，提高負荷率，提高功率因數，使干式變壓器在經(jīng)濟運行區的優(yōu)選段內工作。 （6）單臺干式變壓器經(jīng)濟運行區平均負載系數，β的上限為1，下限為Pk/Po，(其中Pk為干式變壓器空載損耗，Po為額定負載損耗)；經(jīng)濟運行區優(yōu)選運行段的平均負載系數，β的上限為0.75，下限為1.33（Pk/Po）。 （7）干式變壓器經(jīng)濟運行必須建立在安全可靠供電的前提條件下，備用干式變壓器應有可靠的自動(dòng)投入裝置相配套，保證在相臨干式變壓器故障時(shí)自動(dòng)投入運行，確保不中斷正常供電。 （8）安排干式變壓器并列運行方式，要對聯(lián)絡(luò )開(kāi)關(guān)的額定折斷容量進(jìn)行核算，防止系統短路故障時(shí)因開(kāi)關(guān)遮斷容量不足而損壞設備，影響故障點(diǎn)的自動(dòng)隔離；分列運行的母線(xiàn)聯(lián)絡(luò )開(kāi)關(guān)備用電源自投動(dòng)作時(shí)，應能自動(dòng)斷開(kāi)接入母線(xiàn)側的其它電源的開(kāi)關(guān)。 4實(shí)例1：變電站的季節性負荷與干式變壓器的容量選擇 某農業(yè)變電站，共110kV、35kV和10kV三個(gè)電壓等級，正常負荷為11MW，在農灌時(shí)負荷達到50MW；變電站改造時(shí)，我們考慮正常負荷時(shí)干式變壓器運行的時(shí)間長(cháng)，每年300天左右，干式變壓器的容量選擇無(wú)須過(guò)大，同時(shí)又要滿(mǎn)足農灌高負荷的需要，容量又不能太小，所以選擇安裝兩臺干式變壓器的方式，干式變壓器型式為SFSZ7-31500/110，干式變壓器的額定容量比為31500/31500/31500；變電站有兩條110kV線(xiàn)路供電，正常運行方式為1條110kV線(xiàn)路主供，1臺干式變壓器運行，另一條線(xiàn)路單向備用電源自投，兩臺干式變壓器的損耗性能參數如表1所示。 表1某農業(yè)變電站干式變壓器損耗參數比較表